2021-4-21 1 計 算 機 EDA設(shè) 計 實 驗 教 程實 驗 十 二 電 梯 控 制 器北 航 計 算 機 學 院 艾 明 晶 2021-4-21 2 內(nèi) 容 概 要v 實 驗 目 的v 實 驗 要 求v 預 備 知 識 v 電 梯 控 制 器 工 作 原 理 v 輸 入 、 輸 出 信 號 v 設(shè) 計 思 路 v 進 行 仿 真 v 引 腳 鎖 定 、 編 程 下 載 及 在 線 調(diào) 試 v （ 選 做 ） 功 能 擴 展 v 實 驗 報 告 2021-4-21 3 實 驗 目 的 n 了 解 控 制 系 統(tǒng) 的 一 般 工 作 方 式 。 n 熟 悉 從 根 據(jù) 基 本 的 行 為 模 型 或 功 能 要 求建 立 邏 輯 模 型 到 進 一 步 完 成 全 部 系 統(tǒng) 的整 個 設(shè) 計 過 程 ， 并 掌 握 其 中 的 設(shè) 計 思 路與 方 法 。n 了 解 電 梯 調(diào) 度 算 法 的 思 想 及 應 用 。 2021-4-21 4 實 驗 要 求n 設(shè) 計 一 個 電 梯 控 制 器 ， 使 之 按 電 梯 的 調(diào) 度 算 法 控 制電 梯 完 成 4個 樓 層 的 載 客 服 務 。 n 功 能 要 求 電 梯 分 為 “ 運 行 ” 模 式 和 “ 下 班 ” 模 式 “ 運 行 ” 模 式 ： 當 電 梯 工 開 始 上 班 時 ， 先 用 鑰 匙 打 開電 梯 門 口 的 開 關(guān) 鎖 ， 使 電 梯 及 電 梯 控 制 器 通 電 ， 則power變 為 “ 1”， 電 梯 進 入 “ 運 行 ” 模 式 。 再 按 一下 1樓 電 梯 門 口 的 按 鈕 ， 則 電 梯 門 打 開 ， 樓 層 顯 示status為 1。 “ 下 班 ” 模 式 ： 電 梯 運 行 一 天 后 ， 當 電 梯 工 要 下 班 時 ，先 將 電 梯 內(nèi) 開 關(guān) admin切 換 到 “ 有 司 機 ” 模 式 （ 高電 平 ） ； 按 一 下 cmd1按 鈕 ， 使 電 梯 下 行 到 1樓 ， 暫停 ， 門 會 自 動 打 開 ， 并 一 直 開 著 ， 同 時 不 會 再 響 應 任 何 呼 叫 請 求 ； 然 后 電 梯 工 用 鑰 匙 將 電 梯 門 口 的 開 關(guān) 鎖鎖 住 ， 則 電 梯 “ 運 行 ” 模 式 將 切 換 到 “ 下 班 ” 模 式 ，電 梯 門 自 動 關(guān) 閉 ， 電 源 切 斷 。 2021-4-21 5 當 電 梯 處 于 運 行 模 式 時 ， 又 分 為 “ 有 司 機 ” 模式 和 “ 無 司 機 ” 模 式 “ 有 司 機 ” 模 式 ： 當 電 梯 門 打 開 后 ， 門 會 一 直 開著 ， 必 須 由 電 梯 工 按 一 下 關(guān) 門 按 鈕 “ close”，電 梯 門 才 會 關(guān) 閉 ， 然 后 電 梯 才 會 響 應 呼 叫 信 號 ，上 行 或 下 行 。 無 自 動 關(guān) 門 功 能 ， 也 就 沒 有 提 前 關(guān)門 和 延 遲 關(guān) 門 的 情 況 。 “ 無 司 機 ” 模 式 ： 無 須 電 梯 工 操 縱 ， 電 梯 可 無 人駕 駛 自 動 運 行 ； 電 梯 門 打 開 后 等 待 3s則 門 會 自 動關(guān) 閉 ， 然 后 電 梯 響 應 呼 叫 信 號 ， 上 行 或 下 行 。 在“ 無 司 機 ” 模 式 下 ， 有 自 動 關(guān) 門 功 能 ， 也 有 提 前關(guān) 門 和 延 遲 關(guān) 門 的 功 能 。 2021-4-21 6 搭 便 車 若 乘 客 在 某 樓 層 按 下 某 方 向 呼 叫 按 鈕 后 ， 當 電 梯在 以 相 應 方 向 運 行 并 經(jīng) 過 該 樓 層 時 應 暫 停 ， 自 動開 門 。 直 接 響 應 如 果 電 梯 事 先 在 某 一 樓 層 停 留 不 動 ， 當 有 乘 客 在另 一 樓 層 按 下 某 方 向 呼 叫 按 鈕 后 ， 則 電 梯 直 接 來到 呼 叫 者 所 在 樓 層 讓 乘 客 進 入 。 2021-4-21 7 提 前 關(guān) 門 和 延 遲 關(guān) 門 功 能 在 “ 無 司 機 ” 模 式 下 ， 在 電 梯 暫 停 、 開 門 的 頭 3s內(nèi) ， 乘 客可 按 一 下 提 前 關(guān) 門 按 鈕 “ close”， 使 電 梯 門 提 前 關(guān) 閉 ， 1s后 電 梯 繼 續(xù) 運 行 ； 或 按 住 延 遲 關(guān) 門 按 鈕 “ open”， 使 電 梯門 一 直 處 于 開 門 狀 態(tài) ， 一 旦 松 開 此 按 鈕 ， 則 電 梯 門 自 動 關(guān) 門 ，1s后 電 梯 繼 續(xù) 運 行 電 梯 從 一 個 樓 層 運 行 到 相 鄰 樓 層 的 時 間 為 2s 遵 循 電 梯 的 調(diào) 度 算 法 電 梯 在 一 次 運 行 中 ， 要 在 到 達 這 一 運 行 方 向 上 請 求 到達 的 最 后 一 個 樓 層 之 后 才 改 變 運 行 方 向 。 這 樣 能 夠 在不 按 照 時 間 順 序 對 各 個 命 令 和 呼 叫 排 隊 的 情 況 下 較 快地 滿 足 所 有 乘 客 的 要 求 ， 同 時 運 行 效 率 （ 負 載 率 ） 較高 ， 不 必 頻 繁 改 變 運 行 方 向 。 2021-4-21 8 顯 示 功 能 電 梯 內(nèi) 控 制 面 板 上 顯 示 區(qū) 域 的 數(shù) 碼 管 和 位 于 各 樓層 電 梯 門 口 的 數(shù) 碼 管 ， 當 電 梯 運 動 時 穩(wěn) 定 顯 示 電梯 剛 經(jīng) 過 的 樓 層 號 ； 到 達 某 層 后 控 制 面 板 上 的 數(shù)碼 管 和 該 樓 層 電 梯 門 口 的 數(shù) 碼 管 閃 爍 顯 示 當 前 所在 樓 層 號 （ 關(guān) 門 1秒 后 不 再 閃 爍 ） 。 位 于 每 樓 層 電 梯 門 口 和 電 梯 內(nèi) 控 制 面 板 上 顯 示 區(qū)域 的 米 字 型 顯 示 器 ， 當 電 梯 上 升 時 顯 示 為 上 升 ，當 電 梯 下 降 時 顯 示 為 下 降 。 2021-4-21 9 預 備 知 識 n 控 制 系 統(tǒng) 的 一 般 模 型 n 被 控 系 統(tǒng) 的 狀 態(tài) n 狀 態(tài) 機 與 控 制 數(shù) 字 邏 輯 電 路 的 控 制 系 統(tǒng) n 邏 輯 模 型 的 建 立 2021-4-21 10 電 梯 控 制 器 工 作 原 理 n 與 電 梯 控 制 和 顯 示 有 關(guān) 的 輸 入 、 輸 出 設(shè) 備 每 層 電 梯 門 口 有 ： 按 鈕 和 /或 按 鈕 米 字 型 顯 示 器 數(shù) 碼 管 電 梯 內(nèi) 有 一 個 控 制 面 板 ， 上 面 有 ： 樓 層 選 擇 按 鈕 14 開 門 按 鈕 “ open”和 關(guān) 門 按 鈕 “ close” 有 一 個 米 字 型 顯 示 器 還 有 一 個 數(shù) 碼 管 4 5 61 2 3 電 梯 內(nèi) 控 制 面 板 示 意 圖 2021-4-21 11 n 上 班 和 下 班 n 選 擇 運 行 模 式n 若 選 擇 “ 無 司 機 ” 運 行 模 式 電 梯 最 初 停 在 1層 當 電 梯 到 達 目 的 地 當 電 梯 一 直 停 在 某 層 時 一 直 開 門 （ 或 稱 為 延 遲 關(guān) 門 ） 提 前 關(guān) 門 有 反 方 向 的 呼 叫 信 號 時 電 梯 內(nèi) 外 的 （ 或 ） 箭 頭 何 時 點 亮 當 有 乘 客 呼 叫 時 ， 電 梯 內(nèi) 控 制 面 板 上 對 應 該 樓 層 數(shù) 字 點 亮 ，表 示 該 層 有 呼 叫 請 求 2021-4-21 12 n 若 選 擇 “ 有 司 機 ” 運 行 模 式 “ 有 司 機 ” 模 式 下 ， 沒 有 自 動 關(guān) 門 功 能 ， 也 就沒 有 提 前 關(guān) 門 和 延 遲 關(guān) 門 （ 則 不 會 用 到 open按鈕 ） 的 情 況 。v 注 意 電 梯 的 運 行 方 向 不 是 由 電 梯 工 人 工 控 制的 ， 它 是 根 據(jù) 電 梯 的 調(diào) 度 算 法 自 動 實 現(xiàn) 的 。v 電 梯 工 的 主 要 工 作 是 操 作 電 梯 門 的 關(guān) 閉 ， 一旦 門 關(guān) 閉 ， 則 電 梯 按 調(diào) 度 算 法 上 行 或 下 行 。 2021-4-21 13 輸 入 、 輸 出 信 號n 輸 入 信 號 clk_1KHz： 用 作 simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 的 輸 入 時 鐘 ； clk_10Hz： 用 作 display顯 示 子 模 塊 的 輸 入 時 鐘 ； power： 選 擇 電 梯 為 “ 運 行 ” 模 式 或 “ 下 班 ” 模 式 ； admin： 選 擇 電 梯 運 行 模 式 “ 有 司 機 ” 或 “ 無 司 機 ” ； ipt0:9： 10個 按 鈕 輸 入 信 號 （ 為 脈 沖 信 號 ） ； close_n： 關(guān) 門 按 鈕 ； open_n： 開 門 按 鈕 。v 注 意 只 有 在 “ 無 司 機 ” 運 行 模 式 下 ， 存 在 提 前 關(guān)門 、 延 遲 關(guān) 門 的 情 況 ； v 在 “ 有 司 機 ” 運 行 模 式 下 ， 不 存 在 提 前 關(guān) 門 、 延遲 關(guān) 門 的 情 況 。 2021-4-21 14 n 輸 出 信 號 eleIn3:0： 電 梯 內(nèi) 面 板 上 顯 示 樓 層 號 的 數(shù) 碼 管 ； floor13:0： 電 梯 外 1層 處 面 板 上 顯 示 樓 層 號 的數(shù) 碼 管 ； floor23:0： 電 梯 外 2層 處 面 板 上 顯 示 樓 層 號 的數(shù) 碼 管 ； floor33:0： 電 梯 外 3層 處 面 板 上 顯 示 樓 層 號 的數(shù) 碼 管 ； floor43:0： 電 梯 外 4層 處 面 板 上 顯 示 樓 層 號 的數(shù) 碼 管 ； 2021-4-21 15 dirup， dirdown： 電 梯 上 升 、 下 降 指 示 信 號 ； ctrl_up， ctrl_down： 電 梯 上 升 、 下 降 控 制 信 號 ； ask_stop ： 令 電 梯 停 止 的 請 求 信 號 （ 電 平 信 號 ） ； stop： 當 電 梯 到 達 某 層 時 或 靜 止 在 某 層 時 令 電 梯 停 止的 控 制 信 號 （ 電 平 信 號 ） ； open_door： 開 電 梯 門 控 制 信 號 （ 電 平 信 號 ） ； 提 示 ： assign stop=ask_stop提 示 ： assign open_door= power 提 示 ： ctrlup=dirup ctrldown=dirdown 2021-4-21 16 close_door： 關(guān) 電 梯 門 控 制 信 號 （ 電 平 信 號 ） ；opt9:0： 10個 按 鈕 的 輸 出 狀 態(tài) （ 電 平 信 號 ） ； powerout： 顯 示 電 梯 的 電 源 狀 態(tài) 信 號 ；adminout： 顯 示 當 前 電 梯 處 于 何 種 模 式 。 提 示 ： 無 論 是 在 “ 有 司 機 ” 或 “ 無 司 機 ” 運 行 模 式下 ， close_door為 1的 時 間 都 為 1s。 2021-4-21 17 設(shè) 計 思 路 1. 總 體 設(shè) 計 思 路 整 個 電 路 由 6個 子 模 塊 組 成 button_clr_ctrl按 鈕 清 零 控 制 子 模 塊 ； corecontrol核 心 控 制 子 模 塊 ； simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 ；display信 息 顯 示 子 模 塊 ； 時 鐘 分 頻 子 模 塊 （ clockdiv100.v和clkdiv10.v） ； 附 加 模 塊 not10.v調(diào) 整 按 鈕 信 號 均 為 高 電 平有 效 模 式 。 2021-4-21 18 頂 層 圖 形 設(shè) 計 文 件 elevator.bdf 2021-4-21 19 頂 層 圖 形 設(shè) 計 文 件 elevator.bdf（ 續(xù) ） 2021-4-21 20 各 子 模 塊 的 功 能 button_clr_ctrl按 鈕 清 零 控 制 子 模 塊 用 于 10個 按 鈕 信 號 的 存 儲 和 清 零 控 制 。 corecontrol核 心 控 制 子 模 塊 主 要 實 現(xiàn) 電 梯 的 調(diào) 度 算 法 ， 產(chǎn) 生 令 電 梯 上 行 、 下 行 和停 止 的 控 制 信 號 。 simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 提 供 對 電 梯 在 不 同 工 作 模 式 下 的 運 行 狀 態(tài) 模 擬 和 控 制輸 出 。 display樓 層 號 顯 示 子 模 塊 用 于 顯 示 樓 層 號 。 附 加 模 塊 not10.v 用 于 調(diào) 整 10個 按 鈕 信 號 均 為 高 電 平 有 效 模 式 。 2021-4-21 21 2. 各 子 模 塊 的 設(shè) 計 （ 1） button_clr_ctrl按 鈕 清 零 控 制 子 模 塊 功 能 ： 用 于 10個 按 鈕 信 號 的 存 儲 和 清 零 控 制 。 在 電 梯 “ 運行 ” 模 式 下 ， 一 旦 來 了 某 個 有 效 脈 沖 按 鈕 信 號 ipt， 則 對應 輸 出 opt為 高 電 平 （ 即 將 脈 沖 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 電 平 信 號 ） 。當 電 梯 到 達 該 層 時 響 應 了 該 層 的 按 鈕 信 號 ， 并 關(guān) 門 1s后 則應 清 除 此 信 號 ， 此 時 使 按 鈕 清 零 控 制 信 號 c9.0中 的 相應 位 為 高 ， 使 輸 出 opt變 低 。 在 一 個 always塊 中 ， 采 用 for循 環(huán) 語 句 和 if-else if語 句即 可 實 現(xiàn) 功 能 。 2021-4-21 22 （ 2） corecontrol核 心 控 制 子 模 塊 功 能 ： 實 現(xiàn) 電 梯 的 調(diào) 度 算 法 ， 產(chǎn) 生 令 電 梯 上 行 、下 行 和 停 止 的 控 制 信 號 。 即 根 據(jù) 當 前 樓 層 和 按鈕 信 號 產(chǎn) 生 電 梯 的 運 行 方 向 指 示 信 號 、 運 行 方向 控 制 信 號 及 請 求 電 梯 停 止 信 號 、 控 制 電 梯 停止 信 號 。 關(guān) 鍵 子模 塊 ！ 2021-4-21 23 （ 2） corecontrol核 心 控 制 子 模 塊 （ 續(xù) 1） 程 序 包 括 5大 部 分 ：（ a） 將 10個 按 鈕 的 輸 出 信 號 賦 給 物 理 含 義 明 確 的 中 間 變 量（ b） 根 據(jù) 當 前 10個 按 鈕 的 輸 出 狀 態(tài) 及 所 在 樓 層 ， 判 斷 是 否 有 up、down或 ask_stop請 求 。 實 際 上 就 是 對 輸 入 信 號 進 行 邏 輯 化 簡 本 程 序 的 關(guān) 鍵 所 在 ！當 處 于 2層 時 ，ask_stop=ds0 規(guī) 律 ： 當 電 梯 處 于 某 樓 層 時 ， 只 有 高 于 該 層 的 按 鈕 信 號 ， 產(chǎn)生 請 求 電 梯 上 行 信 號 up。 只 有 低 于 該 層 的 按 鈕 信 號 ， 產(chǎn) 生 請求 電 梯 下 行 信 號 down。 只 有 本 層 的 按 鈕 信 號 ， 產(chǎn) 生 請 求 電 梯 停 止 信 號 ask_stop（ 只 有 當 呼 叫 按 鈕 信 號 與 剛 才 的 運 行 方向 一 致 ， 或 者 上 行 過 程 只 有 一 個 下 行 呼 叫 按 鈕 信 號 ， 或 者 下行 過 程 中 只 有 一 個 上 行 呼 叫 按 鈕 信 號 時 ， 才 產(chǎn) 生 ask_stop） 。 2021-4-21 24 （ 2） corecontrol核 心 控 制 子 模 塊 （ 續(xù) 2） （ c） 根 據(jù) 電 梯 的 上 行 和 下 行 請 求 up、 down， 對 電 梯 進 行 統(tǒng) 一調(diào) 度 ， 產(chǎn) 生 dirup或 dirdown。 用 if語 句 實 現(xiàn) ， 共 5種 情 況（ d） 根 據(jù) 請 求 停 止 信 號 和 電 梯 當 前 的 運 行 狀 態(tài) ， 產(chǎn) 生 令 電 梯停 止 不 動 的 控 制 信 號 assign stop=ask_stop /只 有 電 梯 運 行 到 達 某 層 或 靜 止 在 某 層 時 ， 才 響 應 該 層 的ask_stop信 號 ， 電 梯 暫 停（ e） 根 據(jù) 電 梯 運 行 方 向 指 示 信 號 和 電 梯 是 否 靜 止 ， 產(chǎn) 生 電 梯運 行 方 向 控 制 信 號 assign ctrlup=dirup assign ctrldown=dirdown 2021-4-21 25 （ 3） simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 功 能 ： 根 據(jù) 電 梯 當 前 運 行 方 向 ， 控 制 電 梯 的 具 體 運 行 狀 態(tài) 并輸 出 樓 層 顯 示 ； 根 據(jù) 令 電 梯 停 止 的 控 制 信 號 ， 產(chǎn) 生 開 、 關(guān) 電梯 門 控 制 信 號 ， 關(guān) 門 1s后 產(chǎn) 生 按 鈕 清 零 控 制 信 號 。 該 子 模 塊 用 狀 態(tài) 機 實 現(xiàn) 樓 層 之 間 的 具 體 變 化 ， 并 輸 出 當 前 樓層 信 息 status2:0給 核 心 控 制 子 模 塊 和 顯 示 子 模 塊 ， 輸 出運 行 時 間 計 數(shù) 器 的 值 run_cnt4:0給 核 心 控 制 子 模 塊 ， 輸 出10個 按 鈕 的 清 零 控 制 信 號 c9:0給 按 鈕 清 零 控 制 子 模 塊 。關(guān) 鍵 子模 塊 ！ 2021-4-21 26 （ 3） simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 （ 續(xù) 1） 程 序 包 括 兩 大 部 分 ： /* -1.產(chǎn) 生 開 電 梯 門 控 制 信 號 -*/ assign open_door=power initial status=0; /* -2.電 梯 上 行 、 下 行 或 暫 停 時 計 數(shù) 器 、 樓 層 的 變 化 ， 開 門 、關(guān) 門 信 號 的 產(chǎn) 生 ， 以 及 按 鈕 清 零 控 制 信 號 的 產(chǎn) 生 -*/ always (posedge clk or negedge power) begin if(!power) /“ 下 班 ” 模 式 下 begin close_door=1; /斷 電 時 先 自 動 關(guān) 門 ； c=10 h3fff; /并 清 除 所 有 未 完 成 的 服 務 。 cnt=0; run_cnt=0; end第 1級 if語 句 2021-4-21 27 （ 3） simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 （ 續(xù) 2） else /以 下 操 作 均 是 在 “ 運 行 ” 模 式 下 begin if(status=0) begin status=1;close_door=0; end /（ 1） 初 始 化 幾 個 變 量 值 ， 假 設(shè) 電 梯 初 始 化 時 在 一 樓 。 /（ 2） 如 果 電 梯 上 升 ， 且 沒 有 停 止 控 制 信 號 ， 則 經(jīng) 過 2s，電 梯 到 達 高 一 層 。 if(dirup=1)/不 關(guān) 門 ， cnt值 保 持 29不 變 else / 若 不 想 延 遲 關(guān) 門 begin cnt=0; /開 門 達 到 3s， 則 cnt清 零 close_door=1; /并 自 動 關(guān) 門 end第 3級 if語 句 2021-4-21 29 （ 3） simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 （ 續(xù) 4） /* 啟 動 手 動 關(guān) 門 程 序 。 有 司 機 模 式 下 想 要 關(guān) 門 與 無 司 機 模 式 下提 前 關(guān) 門 操 作 相 同 ， 都 必 須 按 下 close按 鈕 。 */ else if(close_door=0) /將 剛 才 用 于 開 門 計 數(shù) 的 計 數(shù) 器 cnt清 零 ， 準 備 開 始 關(guān) 門 1s的 計 數(shù) close_door=1; end / 當 關(guān) 門 1s后 else if(cnt=9) /關(guān) 門 時 間 持 續(xù) 1s則 cnt清 零 close_door=0;/* 當 關(guān) 門 1s后 ， 在 每 一 層 會 產(chǎn) 生 對 該 層 的 按 鈕 清 零 控 制 信 號 ， 以 免 電 梯 在 離 開 某 層 后 又 響 應 該 層 新 的 請 求 而 停 止 。 */ if(status=1) begin c0=1;c6=1; end else if(status=2)begin c1=1;c2=1;c7=1; end 2021-4-21 30 （ 3） simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 （ 續(xù) 5） /* 在 不 滿 足 上 述 所 有 條 件 的 情 況 下 ， cnt加 1 計 數(shù) ， 并 對 清 零 控 制 信 號 進 行 復 位 */ else begin cnt=cnt+1b1;/開 門 或 關(guān) 門 時 間 計 數(shù) c=10h000; end /（ 5） 若 電 梯 處 于 靜 止 狀 態(tài) else begin cnt=0;run_cnt=0;c=0; end end end 2021-4-21 31 （ 4） display樓 層 號 顯 示 子 模 塊 功 能 ： 顯 示 樓 層 號 。 當 電 梯 暫 停 在 某 層 時 ， 電 梯 內(nèi) 面 板 上 和 相 應 樓 層 處 的數(shù) 碼 管 以 每 秒 1次 的 頻 率 閃 爍 顯 示 樓 層 號 （ 關(guān) 門 1秒 后不 再 閃 爍 ） ； 其 它 情 況 下 ， 電 梯 內(nèi) 面 板 上 和 各 樓 層 處的 數(shù) 碼 管 穩(wěn) 定 顯 示 電 梯 經(jīng) 過 的 當 前 樓 層 號 。 2021-4-21 32 （ 5） 附 加 模 塊 not10.v 功 能 ： 調(diào) 整 10個 按 鈕 信 號 均 為 高 電 平 有 效 模 式 。 因 為 1 8鍵 是 正 脈 沖 有 效 ， 而 9 10鍵 是 負 脈 沖 有 效 ，需 要 將 910鍵 調(diào) 整 為 高 電 平 有 效 模 式 。 只 需 一 條 assign語 句 即 可 實 現(xiàn) 。 2021-4-21 33 進 行 仿 真 （ 之 一 ） n 對 各 子 模 塊 進 行 功 能 仿 真 用 ModelSim測 試 所 有 子 模 塊 v 為 保 證 中 文 注 釋 不 被 破 壞 ， 在 ModelSim中 只 對 源文 件 和 測 試 文 件 進 行 編 譯 、 加 載 和 仿 真 這 3項 工 作 。v 如 果 仿 真 后 發(fā) 現(xiàn) 源 文 件 或 測 試 文 件 需 要 修 改 ， 則 切換 到 Q uartus ， 對 源 文 件 或 測 試 文 件 進 行 相 應 修改 ， 保 存 。 v 再 切 回 到 ModelSim， 執(zhí) 行 編 譯 、 重 新 仿 真 即 可 。v 及 時 保 存 仿 真 波 形 結(jié) 果 ！ 2021-4-21 34 （ 1） button_clr_ctrl按 鈕 清 零 控 制 子 模 塊 模 仿 電 梯 實 際 運 行 情 況 ， 在 不 同 時 刻 ， 分 別 設(shè)置 按 鈕 信 號 和 按 鈕 清 零 信 號 。 觀 察 按 鈕 狀 態(tài) opt9:0是 否 隨 按 鈕 信 號ipt9:0的 變 化 而 變 化 。 觀 察 當 c9:0中 某 位 信 號 有 效 時 ， opt9:0的 相 應 位 是 否 變 為 “ 0” 。 2021-4-21 35 opt存 儲 ipt的 狀 態(tài) 當 c0=1時 ， 清 除 f1_up信 號 ， 使 opt0=0；當 c3=1時 ， 清 除 f3_up信 號 ， 使 opt3=0 2021-4-21 36 設(shè) 定 不 同 的 樓 層 號 和 按 鈕 信 號 opt9:0， 觀 察電 梯 的 運 行 方 向 指 示 信 號 （ dirup、dirdown） 、 運 行 方 向 控 制 信 號 （ ctrlup、ctrldown） 以 及 請 求 電 梯 停 止 信 號ask_stop和 令 電 梯 停 止 的 控 制 信 號 stop是 否正 確 。 技 巧 ： 在 測 試 文 件 的 開 頭 采 用 了 宏 定 義 語 句 ，將 表 達 式 opt0=1定 義 為 字 符 串 f1_up， 將表 達 式 opt0=0定 義 為 字 符 串 nf1_up， 然后 在 變 量 的 初 始 化 中 直 接 引 用 已 定 義 的 宏 名 。 （ 2） corecontrol核 心 控 制 子 模 塊 2021-4-21 37 test_corecontrol.wlf f1_up f2_up 暫 停暫 停 上 行按 下 f1_up， 電 梯 暫 停 ； 按 下 f2_up， 電 梯 上 行 ； 當 到 達 2層 ，暫 停 ； 按 下 cmd3、 cmd4， 電 梯 繼 續(xù) 上 行 ； 當 到 達 3層 ， 暫 停 ； 此 時 有 人 按 下 f1_up、 按 下 f2_up， 電 梯 繼 續(xù) 上 行 到 4層 。 2021-4-21 38 當 上 行 到 4層 時 ， 響 應 cmd4， 暫 停 ， 然 后 響 應 f1_up和f2_up， 下 行 ； 到 達 3層 時 ， 不 停 ； 到 達 2層 時 ， 暫 停 ； 下行 到 1層 ， 暫 停 ； 又 有 cmd2信 號 ， 則 電 梯 上 行 到 2層 ， 暫 停 。 2021-4-21 39 n 根 據(jù) 電 梯 控 制 器 的 工 作 原 理 ， 考 慮 到 電 梯 運 行 的 各種 情 況 ， 正 確 地 模 擬 和 控 制 電 梯 的 運 行 。 設(shè) 置 電 梯 為 “ 運 行 ” 模 式 ， 選 擇 電 梯 運 行 模 式 為“ 有 司 機 ” 模 式 ， 假 設(shè) 按 一 下 f1_up， 電 梯 要 上 行 ； 切 換 為 “ 無 司 機 ” 模 式 ， 測 試 延 遲 關(guān) 門 情 況 ； 切 換 為 “ 有 司 機 ” 模 式 ， 當 按 下 cmd1， 電 梯 自 動下 行 到 1層 后 ， 然 后 切 換 到 “ 下 班 ” 模 式 。 （ 3） simulator電 梯 模 擬 子 模 塊 v 注 意 觀 察 ： 當 電 梯 運 行 到 達 某 層 時 open_door的 變 化 ；在 開 門 和 關(guān) 門 期 間 ， 計 數(shù) 器 cnt的 計 數(shù) 值 的 變 化 ； 當 按 一下 close時 ， close_door的 變 化 ， 維 持 “ 1”多 長 時 間 ？ 在電 梯 運 行 期 間 ， 運 行 時 間 計 數(shù) 器 run_cnt的 計 數(shù) 值 的 變 化 。 2021-4-21 40 test_simulator.wlf（ a） “ 有 司 機 ” 模 式 下 自 動 開 門 2021-4-21 41（ b） “ 有 司 機 ” 模 式 下 手 動 關(guān) 門 2021-4-21 42（ c） “ 無 司 機 ” 模 式 下 延 遲 關(guān) 門（ cnt保 持 為 29， open_door一 直 為 1） 2021-4-21 43（ d） 切 換 為 “ 下 班 ” 模 式 ， 斷 電 ， 則 關(guān) 門 2021-4-21 44 （ 4） display_顯 示 子 模 塊n 分 別 設(shè) 置 不 同 的 樓 層 號 和 令 電 梯 停 止 不動 的 控 制 信 號 stopin 觀 察 當 電 梯 暫 停 在 某 層 時 ， 電 梯 內(nèi) 面 板 上 和該 樓 層 電 梯 門 口 的 數(shù) 碼 管 是 否 閃 爍 顯 示 相 應的 樓 層 號 ； 當 電 梯 運 行 時 ， 各 樓 層 電 梯 門 口 的 數(shù) 碼 管 是否 穩(wěn) 定 顯 示 電 梯 當 前 經(jīng) 過 的 樓 層 號 。 2021-4-21 45 test_display.wlf 閃 爍 顯 示穩(wěn) 定 顯 示 2021-4-21 46 進 行 仿 真 （ 之 二 ） n 采 用 Quartus 軟 件 對 頂 層 圖 形 文 件elevator.bdf進 行 時 序 仿 真 Grid Size=1ms， Tclk=1ms， End Time=70s。 注 意 在 波 形 中 添 加 必 要 的 中 文 注 釋 ！ （ 1） 仿 真 “ 有 司 機 ” 模 式 下 的 運 行 情 況 （ 2） 仿 真 “ 無 司 機 ” 模 式 下 的 運 行 情 況 （ 3） 測 試 “ 下 班 ” 模 式 下 的 情 況 2021-4-21 47 引 腳 鎖 定 、 編 程 下 載 及 在 線 調(diào) 試n 引 腳 鎖 定 ， 編 譯n 編 程 下 載 實 驗 箱 設(shè) 置 將 實 驗 箱 右 下 角 “ 時 鐘 頻 率 選 擇 ” 區(qū) 域 的Clock5跳 線 跳 到 1024Hz。 將 實 驗 箱 左 上 角 跳 線 JDSP跳 到 上 面 兩 個 插 針（ ENAB） 的 位 置 ， 以 選 擇 數(shù) 碼 管 獨 立 顯 示 模 式 。 實 驗 箱 電 路 結(jié) 構(gòu) 采 用 模 式 3。 2021-4-21 48 n 在 線 調(diào) 試 下 載 后 的 初 始 狀 態(tài) 模 擬 上 班 模 式 中 的 “ 有 司 機 ” 模 式 模 擬 上 班 模 式 中 的 “ 無 司 機 ” 模 式 測 試 只 有 一 個 請 求 的 情 況 ； 驗 證 延 遲 關(guān) 門 功 能 ； 驗 證 搭 便 車 的 情 況 ； 驗 證 不 順 路 （ 如 上 行 期 間 有 下 行 請 求 ） 的 情 況 ； 驗 證 立 即 關(guān) 門 功 能 。v說 明 ： 由 于 鍵 9鍵 14未 經(jīng) 過 按 鈕 消 抖 電 路 ， 所 以 有 時 需要 按 多 次 ， 直 到 對 應 的 LED指 示 燈 亮 即 可 。 本 控 制 器 未 設(shè) 置 復 位 功 能 ， 若 要 重 新 開 始 測 試 ，則 需 重 新 下 載 一 次 。 2021-4-21 49 功 能 擴 展 n 增 加 電 梯 的 樓 層 數(shù) 目 。 n 使 電 梯 只 在 某 些 樓 層 停 留 。 n 增 加 電 梯 強 制 控 制 功 能 ， 允 許 電 梯 由 電 梯 管 理 員 強行 控 制 ， 不 論 當 前 電 梯 還 有 什 么 任 務 都 直 接 運 行 到管 理 員 指 定 的 地 方 。 n 實 現(xiàn) 電 梯 根 據(jù) 負 載 調(diào) 度 ， 假 設(shè) 電 梯 上 有 負 載 傳 感 器 ，電 梯 滿 載 時 不 理 會 呼 叫 ， 先 完 成 現(xiàn) 有 命 令 ， 直 到 有空 余 運 載 能 力 再 參 照 原 定 算 法 ， 優(yōu) 先 調(diào) 度 被 忽 略 呼叫 ， 同 時 應 該 向 呼 叫 者 表 明 不 響 應 呼 叫 是 因 為 滿 載 。 n 實 現(xiàn) 雙 連 電 梯 控 制 ， 雙 連 電 梯 是 指 兩 部 并 列 電 梯 共用 一 個 呼 叫 按 鈕 ， 按 照 距 離 近 者 優(yōu) 先 和 根 據(jù) 負 載 調(diào)度 的 原 則 調(diào) 度 。 2021-4-21 50 實 驗 報 告 n 總 結(jié) 實 驗 中 的 邏 輯 建 模 過 程 、 實 現(xiàn) 過 程 和 調(diào) 試 過 程 ，包 括 所 建 立 的 模 型 、 實 現(xiàn) 的 電 路 以 及 調(diào) 試 中 遇 到 的問 題 和 解 決 方 法 。 n 電 梯 算 法 常 在 操 作 系 統(tǒng) 的 磁 頭 調(diào) 度 算 法 中 應 用 ， 這有 什 么 好 處 ？ 磁 頭 調(diào) 度 算 法 ： 在 硬 盤 讀 寫 過 程 中 要 向 硬 盤 發(fā) 出 命 令 ， 控制 磁 頭 運 動 到 不 同 的 磁 道 上 方 進 行 讀 寫 以 完 成 任 務 。 通 常同 一 時 刻 有 很 多 對 不 同 磁 道 的 讀 寫 請 求 等 待 完 成 ， 這 就 需要 一 種 較 好 的 算 法 以 提 高 完 成 任 務 的 效 率 。 n 對 照 仿 真 波 形 ， 詳 細 分 析 電 梯 控 制 器 的 工 作 過 程 。